CN115427218A - Frp成形系统和方法 - Google Patents

Frp成形系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115427218A
CN115427218A CN202080100331.6A CN202080100331A CN115427218A CN 115427218 A CN115427218 A CN 115427218A CN 202080100331 A CN202080100331 A CN 202080100331A CN 115427218 A CN115427218 A CN 115427218A
Authority
CN
China
Prior art keywords
frp
arc
forming system
component
jig plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202080100331.6A
Other languages
English (en)
Inventor
原田敬
重成有
秋元丰晴
奥村郁夫
田中真一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ihi Space Technology Co ltd
Original Assignee
Ihi Space Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ihi Space Technology Co ltd filed Critical Ihi Space Technology Co ltd
Publication of CN115427218A publication Critical patent/CN115427218A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B29D99/001—Producing wall or panel-like structures, e.g. for hulls, fuselages, or buildings
    • B29D99/0014—Producing wall or panel-like structures, e.g. for hulls, fuselages, or buildings provided with ridges or ribs, e.g. joined ribs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/34—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation
    • B29C70/345—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation using matched moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/02—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C43/14—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles in several steps
    • B29C43/146—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles in several steps for making multilayered articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/32—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C43/34—Feeding the material to the mould or the compression means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/32—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C43/36—Moulds for making articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/46—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs
    • B29C70/462—Moulding structures having an axis of symmetry or at least one channel, e.g. tubular structures, frames
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B29D99/001—Producing wall or panel-like structures, e.g. for hulls, fuselages, or buildings
    • B29D99/0014—Producing wall or panel-like structures, e.g. for hulls, fuselages, or buildings provided with ridges or ribs, e.g. joined ribs
    • B29D99/0017—Producing wall or panel-like structures, e.g. for hulls, fuselages, or buildings provided with ridges or ribs, e.g. joined ribs with filled hollow ridges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/32—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C43/34—Feeding the material to the mould or the compression means
    • B29C2043/3405—Feeding the material to the mould or the compression means using carrying means
    • B29C2043/3411—Feeding the material to the mould or the compression means using carrying means mounted onto arms, e.g. grippers, fingers, clamping frame, suction means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/08—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of continuous length, e.g. cords, rovings, mats, fabrics, strands or yarns
    • B29K2105/0872—Prepregs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/30—Vehicles, e.g. ships or aircraft, or body parts thereof
    • B29L2031/3076—Aircrafts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/30—Vehicles, e.g. ships or aircraft, or body parts thereof
    • B29L2031/3076—Aircrafts
    • B29L2031/3082—Fuselages

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)

Abstract

FRP原材料(2)具有圆弧状的圆弧部分(5B)和固定于圆弧部分的部件(6)。FRP成形系统(100)具备部分冲压装置(20)、部件定位机构(26)及搬运装置，将FRP原材料(2)一体地成形来制造圆弧状的FRP零件(3)。FRP原材料(2)由单层的预浸料(1)或层叠的多个预浸料(1)构成。部分冲压装置(20)具有将FRP原材料(2)的一部分在与圆弧部分(5B)正交的半径方向上夹住的上模(16)及下模(18)，将FRP零件(3)的一部分间歇性压缩，部分地成形出FRP零件(3)。部件定位机构(26)将部件(6)相对于上模(16)或下模(18)的位置定位。搬运装置(30)将基于部分冲压装置(20)的FRP原材料的压缩部分(冲压部分(15))间歇性移动。重复部分冲压和搬运，压缩一体夹具板(14)的全部，成形出FRP零件(3)的整体。

Description

FRP成形系统和方法
技术领域
本发明特别地涉及成形出圆弧状的大型FRP零件的FRP成形系统和方法。
背景技术
纤维增强复合材料例如CFRP(碳纤维增强塑料)比铁、铝等金属材料密度低，并且具有力学特性优异、比强度高、轻且硬的优点。
因此，近年来，作为代替铝合金的构造部件，被用于飞机、小型船舶、汽车等。以下，将纤维增强复合材料简称为“FRP”。
例如，飞机的构造物(躯干、舱口、机翼等)此前将铝合金彼此通过铆钉接合。然而，使用铆钉的接合操作性差，且如果应用于纤维增强复合材料，则由于切断内部的纤维，所以拉伸强度极度下降。
因此，例如可考虑使用专利文献1的手段来制造大型FRP成形品。
专利文献1的“FRP成形品的制造方法”在表面垫上将包含热塑性树脂和增强纤维的片状的FRP原材料以重叠的方式载置，使用加热装置加热。之后，将FRP原材料保持载放于表面垫，搬运并安装于冲压机的模具。而后，使用该冲压机将重叠的FRP原材料和表面垫加压，制造增强纤维和表面垫通过热塑性树脂一体化的FRP成形品。
专利文献1：日本特开2015-009396号公报。
成形出飞机的躯干这样的大型FRP零件(半径在1m以上的圆弧状的FRP零件)的情况下，在上述的专利文献1中，存在以下的问题点。
(1)需要能够加压大型FRP零件的大型的模具和大型的冲压机。
(2)成形出圆弧状的FRP零件的情况下，为了成形品的均质化，需要在与FRP零件的圆弧正交的半径方向上加压。
但是，该情况下，对FRP零件的圆弧在半径方向上加压的模具的构造变得复杂。
此外，以往个别地成形出皮(スキン)(圆弧部分)和部件(例如桁条(ストリンガー))，在后面的工序中接合。因此，制造工序复杂化。
发明内容
本发明是为了解决上述的问题点而独创的发明。即，本发明的目的在于提供FRP成形系统和方法，其能够将具有部件的圆弧状的FRP零件(例如大型FRP零件)在不使用大型或者复杂的模具的情况下对圆弧在半径方向上加压，均质地成形出整体。
根据本发明，提供一种FRP成形系统，前述FRP成形系统将FRP原材料一体地成形来制造圆弧状的FRP零件，前述FRP原材料具有圆弧状的圆弧部分、固定于该圆弧部分的部件，前述FRP成形系统的特征在于，具备部分冲压装置、部件定位机构、搬运装置，前述部分冲压装置具有将前述FRP原材料的一部分在与前述圆弧部分正交的半径方向上夹住的上模及下模，将前述一部分间歇性压缩，部分地成形出前述FRP零件，前述部件定位机构将前述部件相对于前述上模或前述下模的位置定位，前述搬运装置将基于前述部分冲压装置的前述FRP原材料的压缩部分间歇性移动。
此外，根据本发明，提供一种FRP成形方法，前述FRP成形方法将FRP原材料一体地成形来制造圆弧状的FRP零件，前述FRP原材料具有圆弧状的圆弧部分、固定于该圆弧部分的部件，前述FRP成形方法的特征在于，具有部件定位工序、部分冲压工序、搬运工序，在前述部件定位工序中，将前述部件相对于上模或下模的位置定位，在前述部分冲压工序中，借助前述上模及前述下模将前述FRP原材料的一部分在与前述圆弧部分正交的半径方向上夹住，将前述一部分间歇性压缩，部分地一体地成形出前述FRP零件，在前述搬运工序中，将基于前述部分冲压工序的前述FRP原材料的压缩部分间歇性移动，重复前述部分冲压工序和前述搬运工序。
发明效果
根据本发明，在部件定位工序中将部件相对于上模或下模的位置定位，在部分冲压工序中，借助上模及下模将FRP原材料的一部分在与圆弧部分正交的半径方向上夹住，将一部分间歇性压缩(加压)，将FRP零件部分地一体地成形。此外，在搬运工序中，将FRP原材料的压缩部分间歇性移动。因此，通过重复部件定位工序、部分冲压工序及搬运工序，能够将具有部件的圆弧状的FRP零件(例如大型FRP零件)借助小型的模具成形来制造。
此外，在部分冲压工序中，借助上模及下模将FRP原材料的一部分在与FRP零件的圆弧部分正交的半径方向上压缩(加压)，所以不使用复杂的模具而能够均质地成形出具有部件的FRP零件的整体。
附图说明
图1A是依据本发明制造的FRP零件的代表性立体图。
图1B是FRP零件的侧面剖视图。
图1C是FRP零件的端视图。
图2A是外表面夹具板的代表性立体图。
图2B是外表面夹具板的侧面剖视图。
图2C是外表面夹具板的端视图。
图3A是在图2A的外表面夹具板的内表面保持有FRP原材料的一体夹具板的代表性立体图。
图3B是一体夹具板的侧面剖视图。
图3C是一体夹具板的端视图。
图4是图3C的局部放大图。
图5A是依据本发明的FRP成形系统的主视图。
图5B是图5A的侧视图。
图6是图5B的上模的放大图。
图7A是图5A的A部剖视图。
图7B是图7A的B-B线的剖视图。
图8A是上模的温度分布的说明图。
图8B是下模的温度分布的说明图。
图9是依据本发明的FRP成形方法的整体流程图。
具体实施方式
以下，基于附图，详细地说明本发明的实施方式。此外，在各图中对共通的部分标注同一附图标记，省略重复的说明。
图1A至图1C是依据本发明制造的FRP零件3的说明图。
依据本发明制造的FRP零件3是半径在1m以上的圆弧状的FRP零件3。该图中，图1A是FRP零件3的代表性立体图，图1B是侧面剖视图，图1C是端视图。
“半径在1m以上的圆弧状的FRP零件3”意味着飞机的躯干那样的大型FRP零件。半径为例如2m，但还可以为1至10m。轴长(轴向长度)为例如8m，但还可以为10cm至20m。
“圆弧状”是指如图1A所示，例如半径恒定的圆弧，但也可以并非严格地恒定，而是部分地或连续地变化。圆弧的周向角度(圆弧角)优选为180度以下，但只要不与后述的冲压架24干涉，也可以超出180度。
此外，该例中，FRP零件3具有圆弧状的圆弧部分5A、固定于圆弧部分5A的部件6。
部件6在该例中固定于圆弧部分5A，是沿轴向互相平行地延伸的多个桁条6A。部件6的固定可以在圆弧部分5A的内表面和外表面。
此外部件6不限于桁条6A，也可以是其他部件，例如截面为L型的通道。
另外，“轴向”不限于严格的轴向，也可以相对于轴向倾斜。
此外，圆弧部分5A的半径方向的厚度优选为恒定的，但也可以部分地或连续地变化。例如，也可以包含飞机的躯干的窗框和门部分。
本发明的FRP成形系统100使用外表面夹具板12。
图2A~图2C是外表面夹具板12的说明图。例如，图2A是外表面夹具板12的代表性立体图，图2B是侧面剖视图，图2C是端视图。
外表面夹具板12为圆弧状的部件，由金属或高耐热树脂(例如聚酰亚胺)组成，具有在FRP零件3的成形时不会塑性变形的特性。此外，外表面夹具板12也可以在FRP零件3的成形时弹性变形。
如图2A所示，外表面夹具板12具有与FRP零件3的外表面形状3b嵌合的内表面12a。
此外，“嵌合”是指互为公母的形状，意味着在密接时在其间不产生缝隙的关系。
此外，外表面夹具板12具有对应于与FRP零件3之间的FRP零件3的板厚变化或曲率变化的面形状。
本发明的FRP成形系统100为将FRP原材料2成形而制造半径在1m以上的圆弧状的FRP零件3的装置。
FRP原材料2由单层的预浸料1或层叠的多个预浸料1构成。
“预浸料1”是指使树脂浸渍于由增强纤维(例如玻璃纤维、碳纤维)组成的基材的中间原材料。在本发明中，树脂优选为热塑性树脂，但也可以是热固性树脂。
成形前的树脂在热塑性树脂中固化，在热固性树脂中软化(未硬化)。
本发明的FRP成形系统100使用在外表面夹具板12的内表面12a保持有FRP原材料2的一体部件(以下为“一体夹具板14”)。
图3A至图3C是一体夹具板14的说明图。在该图中，在外表面夹具板12的内表面12a，在图2A至图2C中的FRP零件3的位置保持有FRP原材料2。
保持FRP原材料2的手段例如借助FRP原材料2的树脂自身的粘接力临时安装。另外，也可以在外表面夹具板12的外缘设置保持FRP原材料2的外缘的机构。
图3A是在图2A的外表面夹具板12的内表面12a保持有FRP原材料2的一体夹具板14的代表性立体图，图3B是一体夹具板14的侧视图，图3C是一体夹具板14的端视图。
FRP原材料2被以不从外表面夹具板12分离的方式保持于外表面夹具板12的内表面12a。
“FRP原材料2”是层叠多个预浸料1且在成形后成为FRP零件3的原材料。
FRP原材料2与FRP零件3同样地，具有圆弧状的圆弧部分5B、被保持于圆弧部分5B的内表面而沿轴向互相平行地延伸的多个桁条6B。
圆弧部分5B和桁条6B优选为板状部件。
图4是图3C的局部放大图。另外，在该图中，外表面夹具板12省略图示。
如该图所示，FRP原材料2的圆弧部分5B为与FRP零件3的圆弧部分5A的板厚分布配合的层叠体。圆弧部分5B可以与圆弧状的成形形状配合地层叠而成。
此外，FRP原材料2的桁条6B是与FRP零件3的桁条6A的截面形状配合地弯折的层叠体、成形品或预制件。
FRP原材料2的圆弧部分5B的厚度与FRP零件3的圆弧部分5A的半径方向的厚度相当，考虑了成形时的厚度变化而设定。此外，优选地，与FRP零件3的厚度变化对应地使预浸料1的层叠数变化。
FRP原材料2的宽度与FRP零件3的圆弧的周向长度相当。FRP原材料2的长度与FRP零件3的轴向长度相当。
FRP原材料2的桁条6B也是同样的。
图4中，桁条6B为，在桁条6B与圆弧部分5B之间夹住能够装卸的心轴10，其周向两端被在圆弧部分5B的内表面保持。
心轴10优选为截面形状为梯形，具有上表面10a、斜面10b及底面10c。底面10c可以是与圆弧部分5B的内表面配合的圆弧面。
此外，心轴10可以是相对于桁条6B具有拔模斜度的一体构造、或分割构造。“一体构造”意味着不能成为分割构造的构造。
图4中，桁条6B具有与心轴10的梯形的上表面10a密接的上表面部7a、与梯形的斜面10b密接的一对侧面部7b、从侧面部7b的下端向外侧延伸而与圆弧部分5B的内表面密接的一对脚部7c。
一对脚部7c被在圆弧部分5B的内表面保持。该保持例如借助脚部7c的树脂自身的粘接力临时安装。
另外，桁条6A、6B的截面形状不限于梯形，只要不与后述的上模16干涉则也可以是另外的形状，例如三角形、上部为圆弧状的半圆顶型。
此外，心轴10也同样地，与桁条6A、6B的截面形状配合，也可以是梯形以外的形状。
图5A是依据本发明的FRP成形系统100的主视图，图5B表示其侧视图。另外，图5B表示成形中途。
图5A和图5B中，FRP成形系统100还具备上模16及下模18。
上模16和下模18将一体夹具板14的一部分(冲压部分15)在上下方向上夹在其间。
图6是图5B的上模16的放大图。
如该图所示，上模16具有与圆弧部分5A、5B密接的下表面圆弧面16a、与桁条6A、6B的上表面形状嵌合的下表面凹槽16b。
上模16的下表面凹槽16b与桁条6B的上表面部7a、侧面部7b及脚部7c嵌合。
另外，该图中，在上模16的下表面设置有三个下表面凹槽16b，但本发明不限于此，只要是一个以上即可。
此外，多个下表面凹槽16b的形状并非完全相同。
在图5A和图5B中，下模18具有与一体夹具板14的外表面14b密接的上表面圆弧面18b。
即，该例中，一体夹具板14包括外表面夹具板12，上表面圆弧面18b与外表面夹具板12的外表面12b密接。
此外，该例中上模16及下模18将一体夹具板14的轴长(轴向长度)的整体同时压缩。
在图5A和图5B中，FRP成形系统100还具备部分冲压装置20、部件定位机构26及搬运装置30。
部分冲压装置20将一体夹具板14的一部分(冲压部分15)在与FRP原材料2的圆弧部分5B正交的半径方向(图中为上下方向)上间歇性压缩而部分地成形出FRP零件3。
“间歇性压缩”意味着借助部分冲压装置20和搬运装置30重复一体夹具板14的压缩和搬运。
部分冲压装置20由上模16和下模18压缩一体夹具板14的一部分。
该例中，部分冲压装置20具有：上部垫枕21，其在下表面固定上模16；滑动件22，其在上表面固定下模18；液压冲头(ram)23，使滑动件22上下往复运动；和冲压架24，其固定有上部垫枕21和液压冲头23。
该例中，部分冲压装置20相对于上模16上推下模18而压缩一体夹具板14的冲压部分15。该情况下，部分冲压装置20在下表面圆弧面16a或上表面圆弧面18b的直径方向上压缩冲压部分15。
冲压架24的上部构造设定成，在间歇性移动一体夹具板14的压缩部分时，不与一体夹具板14干涉。
另外，只要一体夹具板14与冲压上部结构不干涉，也可以垫枕与滑动件22、液压冲头23的上下关系逆转。即，也可以是，滑动件22和液压冲头23位于上部，垫枕位于下部。
图7A是图5A的A部剖视图，图7B是图7A的B-B线的剖视图。
图7A和图7B中，部件定位机构26将部件6(该例中为桁条6B)相对于上模16或下模18的位置定位。
该例中，部件定位机构26是将心轴10的两端定位的定位机构。
例如，在与上模16的下表面凹槽16b的中央部(中央线CL上)相对的下模18固定部件定位机构26。
准确来说，与上模16的下表面凹槽16b的定位是必要的，所以固定部件定位机构26的下模18的位置是与上模16的下表面凹槽16b对应的下模18的位置。
由此，上模16(下表面凹槽16b)和下模18的位置关系变得明确，相对地，能够确定心轴10(及桁条6B)相对于上模16(下表面凹槽16b)的位置。
在心轴10的两端设置有水平地延伸的定位孔11。部件定位机构26具有能够插入心轴10的定位孔11而沿轴向延伸的水平杆26a。水平杆26a能够沿水平方向移动，在水平杆26a被插入定位孔11的状态下将桁条用原材料安装于心轴10上，由此，能够在圆弧部分5B的内侧将桁条6B的位置准确地定位来保持。
定位孔11和水平杆26a的截面形状不限于圆形，也可以是其他形状(例如矩形)。
另外，已将水平杆26a插入定位孔11的状态下冲压圆弧部分5B的情况下，希望定位孔11和水平杆26a的上下方向的空隙考虑圆弧部分5B的成形前后的体积减少量地设定。
借助该结构，能够将心轴10相对于上模16(下表面凹槽16b)定位，能够进行与心轴10的上表面的部件6(该例中为桁条6B)的定位。
另外，部件定位机构26只要能够相对于上模16或下模18将心轴10、部件6(该例中为桁条6B)定位，也可以是其他结构。
上述的部件定位机构26是在下模18处设置的心轴定位机构，将心轴10(桁条6B)相对于上模16的位置准确地定位。由此，相对于FRP原材料2的圆弧部分5B确定心轴10的位置。
进而，通过在心轴10上安装桁条用原材料，能够在圆弧部分5B的内侧将桁条6B的位置准确地定位来保持。
之后，相对于部件6(桁条6B)，能够将上模16的下表面凹槽16b准确地配置来压缩。
圆弧部分5B和部件6(该例中为桁条6B)均为FRP原材料，临时固定后能够将其一体地成形(粘接、固定等)。
心轴10的作用是用于在成形压的负荷时不使形状崩溃。因此，中空构造的部件6的情况下优选地使用心轴10。
此外，部件6不为中空构造的形状(例如截面为L形的部件)的情况下能够省略心轴10。
省略心轴10的情况下，部件定位机构26优选为将部件6的位置直接定位。
搬运装置30间歇性移动基于部分冲压装置20的一体夹具板14的压缩部分(冲压部分15)。
搬运装置30具有把持装置32和移动装置34。
把持装置32部分地把持一体夹具板14。移动装置34将把持装置32在一体夹具板14的移动方向X上移动。
该例中，一体夹具板14的移动方向X为沿着FRP零件3的圆弧的周向。移动装置34为例如多关节机器人，把持装置32为机器人手。
另外，该例中，将一对搬运装置30在部分冲压装置20的上游侧和下游侧设置，但也可以仅在上游侧或下游侧的一方设置。
此外，把持装置32将一体夹具板14的非压缩部分把持。该情况下，例如也可以在基于部分冲压装置20的压缩中使把持部分移动。
在图5A和图5B中，FRP成形系统100还具备将上模16或下模18加热的加热装置40。加热装置40也可以将上模16及下模18加热。
加热装置40相对于一体夹具板14的移动方向X具有既定的温度分布。
图8A是上模16的温度分布的说明图，图8B是下模18的温度分布的说明图。
该例子为预浸料1包括热塑性树脂的情况。图8A表示上模16的下表面圆弧面16a和下表面凹槽16b，图8B表示下模18的上表面圆弧面18b。此外，图中的附图标记a、b、c分别示出预备加热区域、主成形区域、冷却区域。
该例子中，上模16和下模18的温度分布为，在一体夹具板14的移动方向X的中央部(主成形区域b)为热塑性树脂流动的熔融温度以上(例如400℃以上)。此外，在移动方向X的中央部的上游侧(预备加热区域a)和下游侧(冷却区域c)为热塑性树脂固化的固化温度以下(例如200℃至低于400℃)。
使预备加热区域a和冷却区域c在固化温度以下是因为，若使整体在熔融温度以上，则变得难以均质地成形出FRP零件3的整体。例如热传导率高的CFRP的情况下，未压缩的部分由于传热而软化，从而例如被一次加压压缩的极小的气泡向表面外方向膨胀等，变得难以均质地成形。
此外，上述的温度分布是FRP零件3的成形时的温度分布，在搬运时，下表面圆弧面16a或上表面圆弧面18b的全面的整个面适宜为200℃以下。
另一方面，在预浸料1包含热固性树脂的情况下，将预浸料1压缩的同时使其硬化。因此，温度分布为，在一体夹具板14的移动方向X的中央部(主成形区域b)为热固性树脂硬化的硬化温度以上。热固性树脂的硬化温度是例如约180℃。此外，在移动方向X的中央部的上游侧(预备加热区域a)预热直至低于硬化温度。此外，在热固性树脂的情况下，冷却区域c是不必要的，能够省略。
上述的外表面夹具板12并非必须的。FRP零件3的模具接触面侧的形状若为简单的R形状，则无需外表面夹具板12及后述的内表面夹具板。
该情况下，上模16具有与圆弧部分5A、5B密接的下表面圆弧面16a、与桁条6A、6B的上表面形状嵌合的下表面凹槽16b，下模18具有与FRP零件3的外表面密接的上表面圆弧面18b。
此外，上述的一体夹具板14能够置换成FRP原材料本身。
也可以是，具备圆弧状的内表面夹具板，前述圆弧状的内表面夹具板具有与FRP原材料2的内表面形状嵌合的外表面。
该情况下，内表面夹具板具有与圆弧部分5A、5B密接的下表面圆弧面、与桁条6A、6B的上表面形状嵌合的下表面凹槽。
另外，该情况下，内表面夹具板的上模侧为圆弧状，上模16的下表面也呈圆弧状。即无需将上模16的下表面形成为下表面圆弧面16a、下表面凹槽16b。
此外，也无需相对于上模16或下模18的部件的定位。
在FRP零件3的外表面一体成形零件(部件)的情况也相同。
通过具备上述的外表面夹具板12和内表面夹具板，上述的一体夹具板14能够为在内表面夹具板和外表面夹具板12之间夹住FRP原材料2的一体零件。
省略上述的外表面夹具板12而仅具备内表面夹具板，由此，上述的一体夹具板14能够设为在内表面夹具板的外表面保持有FRP原材料2的一体零件。
图9依据本发明的FRP成形方法的整体流程图。
依据本发明的FRP成形方法为将FRP原材料2成形而制造半径在1m以上的圆弧状的FRP零件3的方法。
FRP原材料2由单层的预浸料1或层叠的多个预浸料1构成。
该图中，FRP成形方法具有S1~S6的各步骤(工序)。
夹具准备工序S1中，准备具有与FRP零件3的外表面形状3b嵌合的内表面12a的圆弧状的外表面夹具板12。
省略外表面夹具板12的情况下能够省略步骤S1。
也使用上述的内表面夹具板的情况下，也准备具有与FRP零件3的内表面形状嵌合的外表面的圆弧状的内表面夹具板。
该情况下，能够省略部件定位工序S3。
夹具一体化工序S2中，在外表面夹具板12的内表面12a形成保持有FRP原材料2的一体夹具板14。
另外，夹具一体化工序S2中，优选地在外表面夹具板12的内表面12a涂布脱模剂(例如，氟系脱模剂)。
本发明中，将心轴的定位和冲压按照以下的顺序实施。
(1)心轴的定位、(2)在心轴上安装桁条用原材料、(3)冲压、(4)搬运、(5)心轴的定位、(6)在心轴上安装桁条用原材料、(7)以下，重复。
即，本发明中，如上所述，每次都安装桁条用原材料(6B)。
另外，上述内容中，构成为重复定位、安装、冲压，但若设为以与上模的下表面凹槽16b的位置的间距一致的方式将桁条6B临时固定于圆弧部分5B，则定位能够仅在最初的一次中进行。
省略外表面夹具板12的情况下也能够省略步骤S2。
也使用上述的内表面夹具板的情况下，形成在内表面夹具板和外表面夹具板12之间夹有FRP原材料2的一体夹具板14。
该情况下，能够省略部件定位工序S3。
部件定位工序S3中，将部件6相对于上模16或下模18的位置定位。
例如部件6为桁条6B的情况下，将水平杆26a水平地插入心轴10的两端的定位孔11，在水平杆26a被插入定位孔11的状态下在心轴10上安装桁条用原材料，由此，能够在圆弧部分5B的内侧将桁条6B的位置准确地定位来保持。
通过在心轴10上安装桁条6B，能够在圆弧部分5B的内侧将桁条6B的位置准确地定位来保持。
例如，在与上模16的下表面凹槽16b的中央部(中央线CL上)相对的下模18固定部件定位机构26。
准确来说，与上模16的下表面凹槽16b的定位是必要的，所以部件定位机构26被固定的下模18的位置是与上模16的下表面凹槽16b对应的下模18的位置。
由此，上模16(下表面凹槽16b)和下模18的位置关系变得明确，相对地，能够确定心轴(桁条)相对于上模16(下表面凹槽16b)的位置。
部分冲压工序S4中，将一体夹具板14(或FRP原材料2)的一部分在与FRP原材料2的圆弧部分5B正交的半径方向上间歇性压缩而部分地成形FRP零件3。
在搬运工序S5中，间歇性移动基于部分冲压工序S3的一体夹具板14(或FRP原材料2)的压缩部分(冲压部分15)。
重复部件定位工序S3、部分冲压工序S4及搬运工序S5，压缩一体夹具板14的全部，成形出FRP零件3的整体。
进而，在脱模工序S6中，从一体夹具板14分离心轴10和外表面夹具12，取出成形的FRP零件3。
省略外表面夹具板12的情况下，仅从FRP零件3分离心轴10。
也使用内表面夹具板的情况下，将心轴10、外表面夹具板12及内表面夹具板从一体夹具板14分离。
依据上述的本发明的实施方式，在部件定位工序S3中，将部件6(例如桁条6B)相对于上模16或下模18的位置定位。接着，部分冲压工序S4中，借助上模16及下模18在与圆弧部分5B正交的半径方向上夹住FRP原材料2的一部分，将一部分间歇性压缩(加压)，部分地成形FRP零件3。进而，在搬运工序S5中，间歇性移动FRP原材料2的压缩部分(冲压部分15)。因此，在部件定位工序S3之后，重复部分冲压工序S4和搬运工序S5，从而能够以小型的模具成形并制造具有部件6(例如桁条6A)的圆弧状的FRP零件3(例如半径在1m以上的大型FRP零件)。
此外，在部分冲压工序S3中，将FRP原材料2的一部分借助上模16及下模18在与FRP原材料2的圆弧部分5B正交的半径方向上压缩(加压)，因而能够不使用复杂的模具而均质地成形出具有部件6的FRP零件3的整体。
此外，本发明不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内当然能够加以各种变更。
例如，在上述的示例中，FRP零件3为圆弧状，但本发明同样能够适用于平坦形状的FRP零件。
附图标记说明
a预备加热区域、b主成形区域、c冷却区域、
CL中央线、X移动方向、
1预浸料、2FRP原材料、3FRP零件、3a内表面形状、
3b外表面形状、5A、5B圆弧部分、6A、6B桁条、
7a上表面部、7b侧面部、7c脚部、10心轴、
10a上表面、10b斜面、10c底面、11定位孔、
12外表面夹具板、12a内表面、12b外表面、
14一体夹具板、14a内表面、14b外表面、
15冲压部分(压缩部分)、16上模、16a下表面圆弧面、
16b下表面凹槽、18下模、18b上表面圆弧面、
20部分冲压装置、21上部垫枕、22滑动件、
23液压冲头、24冲压架、
26部件定位机构、26a水平杆、
30搬运装置、32把持装置(机器人手)、
34移动装置(多关节机器人)、40加热装置、
100FRP成形系统。

Claims (12)

1.一种FRP成形系统，前述FRP成形系统将FRP原材料一体地成形来制造圆弧状的FRP零件，前述FRP原材料具有圆弧状的圆弧部分、固定于该圆弧部分的部件，
前述FRP成形系统的特征在于，
具备部分冲压装置、部件定位机构、搬运装置，
前述部分冲压装置具有将前述FRP原材料的一部分在与前述圆弧部分正交的半径方向上夹住的上模及下模，将前述一部分间歇性压缩，部分地成形出前述FRP零件，
前述部件定位机构将前述部件相对于前述上模或前述下模的位置定位，
前述搬运装置将基于前述部分冲压装置的前述FRP原材料的压缩部分间歇性移动。
2.如权利要求1所述的FRP成形系统，其特征在于，
前述上模具有与前述圆弧部分密接的下表面圆弧面、与前述部件的上表面形状嵌合的下表面凹槽，
前述下模具有与前述FRP原材料的外表面密接的上表面圆弧面。
3.如权利要求1所述的FRP成形系统，其特征在于，
具备圆弧状的外表面夹具板，前述圆弧状的外表面夹具板具有与前述FRP原材料的外表面形状嵌合的内表面，
前述下模具有与前述外表面夹具板的外表面密接的上表面圆弧面。
4.如权利要求2所述的FRP成形系统，其特征在于，
前述部件具有上表面部、一对侧面部、一对脚部，
前述上表面部在与前述圆弧部分之间夹住能够装卸的心轴，与前述心轴的上表面密接，前述一对侧面部与前述心轴的侧面密接，前述一对脚部从该侧面部的下端向外侧延伸，与前述圆弧部分的内表面密接，
前述下表面凹槽与前述部件的前述上表面部、前述侧面部及前述脚部嵌合。
5.如权利要求4所述的FRP成形系统，其特征在于，
前述心轴为相对于前述部件具有拔模斜度的一体构造或分割构造。
6.如权利要求1所述的FRP成形系统，其特征在于，
前述部件为在轴向上彼此平行地延伸的多个桁条。
7.如权利要求1所述的FRP成形系统，其特征在于，
具备加热前述上模或前述下模的加热装置，
前述加热装置相对于前述FRP原材料的移动方向具有既定的温度分布。
8.如权利要求7所述的FRP成形系统，其特征在于，
前述FRP原材料是包括热塑性树脂的预浸料，
前述温度分布为，在前述移动方向的中央部为前述热塑性树脂流动的熔融温度以上，在前述中央部的上游侧及下游侧为前述热塑性树脂固化的固化温度以下。
9.如权利要求7所述的FRP成形系统，其特征在于，
前述FRP原材料是包括热固性树脂的预浸料，
前述温度分布为，在前述移动方向的中央部为前述热固性树脂硬化的硬化温度以上。
10.如权利要求1所述的FRP成形系统，其特征在于，
前述搬运装置具有把持装置和移动装置，
前述把持装置部分地把持前述FRP原材料，
前述移动装置使前述把持装置在前述FRP零件的移动方向上移动。
11.一种FRP成形系统，前述FRP成形系统将FRP原材料一体地成形来制造圆弧状的FRP零件，前述FRP原材料具有圆弧状的圆弧部分、固定于该圆弧部分的部件，
前述FRP成形系统的特征在于，
具备圆弧状的内表面夹具板，前述圆弧状的内表面夹具板具有与前述FRP原材料的内表面形状嵌合的外表面，
前述内表面夹具板具有与前述圆弧部分密接的下表面圆弧面、与前述部件的上表面形状嵌合的下表面凹槽，
前述FRP成形系统具备部分冲压装置、搬运装置，
前述部分冲压装置具有将前述FRP原材料的一部分在与前述圆弧部分正交的半径方向上夹住的上模及下模，将前述一部分间歇性压缩，部分地成形出前述FRP零件，
前述搬运装置将基于前述部分冲压装置的前述FRP原材料的压缩部分间歇性移动。
12.一种FRP成形方法，前述FRP成形方法将FRP原材料一体地成形来制造圆弧状的FRP零件，前述FRP原材料具有圆弧状的圆弧部分、固定于该圆弧部分的部件，
前述FRP成形方法的特征在于，
具有部件定位工序、部分冲压工序、搬运工序，
在前述部件定位工序中，将前述部件相对于上模或下模的位置定位，
在前述部分冲压工序中，借助前述上模及前述下模将前述FRP原材料的一部分在与前述圆弧部分正交的半径方向上夹住，将前述一部分间歇性压缩，部分地一体地成形出前述FRP零件，
在前述搬运工序中，将基于前述部分冲压工序的前述FRP原材料的压缩部分间歇性移动，
重复前述部分冲压工序和前述搬运工序。
CN202080100331.6A 2020-08-31 2020-08-31 Frp成形系统和方法 Pending CN115427218A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2020/032887 WO2022044324A1 (ja) 2020-08-31 2020-08-31 Ｆｒｐ成形システムと方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115427218A true CN115427218A (zh) 2022-12-02

Family

ID=80354900

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080100331.6A Pending CN115427218A (zh) 2020-08-31 2020-08-31 Frp成形系统和方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230123571A1 (zh)
EP (1) EP4205937A4 (zh)
JP (1) JP7340704B2 (zh)
CN (1) CN115427218A (zh)
CA (1) CA3172428A1 (zh)
WO (1) WO2022044324A1 (zh)

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1394558A (en) * 1920-12-29 1921-10-25 Rub Tex Products Inc Process and apparatus for the manufacture of rubber jars
US1676325A (en) * 1922-08-16 1928-07-10 William S Doll Mandrel
US2682924A (en) * 1949-03-01 1954-07-06 Lico Mfg Co Inc Expansible and collapsible mandrel
US3752438A (en) * 1971-08-20 1973-08-14 Ameron Inc One piece elbow mold
US3896206A (en) * 1973-06-25 1975-07-22 Babcock & Wilcox Co Method for forming and curing a fiber reinforced hollow epoxy shaft
DE3690688T1 (zh) * 1986-01-30 1988-01-28
US4946526A (en) * 1987-10-29 1990-08-07 Ltv Aerospace And Defense Company Method for compression molding of laminated panels
CA2077400A1 (en) * 1991-10-08 1993-04-09 Mikhail Leyderman Mandrel and a method of making a rigid tubular article
US7527222B2 (en) * 2004-04-06 2009-05-05 The Boeing Company Composite barrel sections for aircraft fuselages and other structures, and methods and systems for manufacturing such barrel sections
US10232532B1 (en) * 2006-02-02 2019-03-19 The Boeing Company Method for fabricating tapered thermoplastic composite parts
DE102010013478B4 (de) * 2010-03-30 2013-11-21 Airbus Operations Gmbh Einrichtung und Verfahren zur Herstellung mehrfach gewölbter Strukturbauteile aus einem Faserverbundwerkstoff
US20120073738A1 (en) * 2010-09-29 2012-03-29 The Boeing Company Method and apparatus for laying up barrel-shaped composite structures
US9023265B1 (en) * 2013-01-28 2015-05-05 The Boeing Company Systems, tools, and methods for forming corrugated structures and apparatuses including corrugated structures
JP6261202B2 (ja) 2013-06-27 2018-01-17 天龍コンポジット株式会社 Ｆｒｐ成形品の製造方法およびｆｒｐ成形品
DE102013110684A1 (de) * 2013-09-26 2015-03-26 Airbus Operations Gmbh Verfahren zum Montieren eines Flugzeugrumpfs und Rumpffertigungsstation
EP2881242B1 (en) * 2013-12-03 2016-04-20 Jamco Corporation Continuous preform device for composite stringer
US20160136879A1 (en) * 2014-11-18 2016-05-19 The Boeing Company Susceptor Welding Tape
DE102016210124B4 (de) * 2016-06-08 2024-08-29 Airbus Operations Gmbh Verfahren zur Integration einer Hinterbaustruktur-Baugruppe in eine Struktur eines Luft- oder Raumfahrzeugs
JP6788487B2 (ja) * 2016-12-01 2020-11-25 川崎重工業株式会社 複合材料構造物の製造方法
CA3119802C (en) * 2019-03-08 2023-06-27 Ihi Aerospace Co., Ltd. Frp molding system and method

Also Published As

Publication number Publication date
CA3172428A1 (en) 2022-03-03
JPWO2022044324A1 (zh) 2022-03-03
EP4205937A1 (en) 2023-07-05
JP7340704B2 (ja) 2023-09-07
WO2022044324A1 (ja) 2022-03-03
EP4205937A4 (en) 2023-10-25
US20230123571A1 (en) 2023-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5184542B2 (ja) 湾曲された熱可塑性複合部品の製造方法
EP3115185B1 (en) Reducing wrinkling of contoured hat stiffeners formed from a single composite charge
US11524471B2 (en) Method for fabricating thermoplastic composite parts
EP2914415B1 (en) Method and apparatus for forming thermoplastic composite structures
CA1243177A (en) Forming fibre-plastics composites
US20200016796A1 (en) Methods of making hybrid laminate and molded composite structures
EP1972426B1 (en) Method and tools for producing ring frames from a composite material
EP2128019B2 (en) Modified blade stiffener and fabrication method therefor
JP2009525209A (ja) 熱可塑性樹脂複合部材のための秀れた製造プロセス
CN112996653B (zh) Frp成形系统和方法
EP2142357B1 (en) Method for producing an assembled profile part
JP2008055609A (ja) 複合材の未硬化連続予備成形方法
EP2889126B1 (en) Method for producing composite material mold for composite material long member
US20150129118A1 (en) Compression Molding of Composite Structures Using Flexible Tooling
CN110104202B (zh) 使用铰接式芯轴的复合飞机制造工具
CN110103489A (zh) 一种高性能热塑性复合材料工字梁熔融粘接成型方法
CN115427218A (zh) Frp成形系统和方法
JPH02175135A (ja) 繊維強化樹脂部材の製造方法
CN112793279A (zh) 用于形成复合层压件以获得z形型材的装置和方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination